Life Sciences Neue Wege mit PLM - bei Dassault Systemes

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Behandlung realer Phobien in virtuellen Umgebungen Von Lisa Roner] Dr. Stephane Bouchard, Inhaber des Lehrstuhls für klinische Cyberpsychologie an der UQO Cyberpsychologie-Forscher der Université du Québec sahen sich vor die Aufgabe gestellt, in kurzer Zeit und ohne übermäßigen Aufwand wirksame Behandlungsszenarien in virtueller Realität (VR) zu entwerfen und einzusetzen. Zur Schaffung stabiler und verlässlicher virtueller Umgebungen, die der Behandlung von Patienten dienen sollten, entschieden sich die Forscher für 3DVIA Virtools auf einer Entwicklungs- und Betriebssystem - plattform von Microsoft. Für den sechswandigen Raum zur immersiven Behandlung sind 6 Projektoren und 8 Computer nötig, um die Bildqualität zu maximieren und dem Patienten ein völliges Eintauchen in die virtuelle Welt zu ermöglichen. 10 Contact mag | Dassault Systèmes Patienten mit Angstzuständen müssen sich ihren Ängsten stellen, um diese überwinden zu können. Eine direkte Konfrontation kann allerdings problematisch sein. Patienten mit Flugangst können die Behandlungssitzung beispielsweise nicht einfach abbrechen, nachdem das Flugzeug abgehoben hat – es sei denn, sie befinden sich in einer virtuellen Umgebung. ÄNGSTE DURCH VIRTUELLE KONFRONTATION ÜBERWINDEN Forscher am Cyberpsychology Lab und am Lehrstuhl für klinische Cyberpsychologie der Université du Québec in Gatineau, Kanada, nutzen VR-Umgebungen, um Patienten mit Angst - zuständen zu helfen, sich ihren Ängsten in einer sicheren, kontrollierten Umgebung zu stellen und diese zu überwinden. Die technischen Voraussetzungen dazu werden mit 3DVIA Virtools auf einer 64-Bit-Windows-Plattform von Microsoft geschaffen. Die Anpassung erfolgt mit Microsoft Visual Studio.Net. Die sogenannten immersiven Behandlungs - bedingungen werden durch Projizieren virtueller Umgebungen auf Wände, Boden und Decke einer sogenannten CAVE oder durch Tragen spezieller 3D-Brillen, die als Head-Mounted- Displays (HMD) bezeichnet werden, erzeugt. Der Patient erlebt die virtuelle Umgebung in seinem gesamten Blickfeld. Die Umgebung ändert sich entsprechend seinem jeweiligen Verhalten ähnlich wie in einem Videospiel, das auf die Aktionen des Spielers reagiert. Diese Anwendungen dienen zur Behandlung von Patienten « Von Lisa Roner] Mit dem Einsatz von 3DVIA Virtools auf einer Microsoft-Plattform können sich unsere Forscher der schnellen Entwicklung von Anwendungen und deren Einbindung in eine VR- Umgebung widmen. mit unterschiedlichsten Krankheitsbildern, von Phobien über neurodegenerative Erkrankungen bis hin zu Suchtzuständen. Die mit virtueller Realität erzielte Erfolgsquote ist mit derjenigen herkömmlicher Behandlungen vergleichbar und beträgt etwa 75%. „Mit dem Einsatz von 3DVIA Virtools auf einer Microsoft-Plattform können sich unsere Forscher der schnellen Entwicklung von Anwendungen und deren Einbindung in eine VR-Umgebung widmen“, so Dr. Stephane Bouchard, Inhaber des Lehrstuhls für klinische Cyberpsychologie an der UQO. NAHTLOS UND REALISTISCH Phobien und Angstzustände lassen sich mit traditionellen Ansätzen zwar wirksam behandeln, aber virtuelle Umgebungen bieten in der klinischen Einrichtung einen besonders praktischen Ansatz. Nicht jede Klinik hat zur Behandlung ihrer Patienten Spinnen, Schlangen, große Höhen, enge Räume und sonstige angstauslösende Faktoren zur Hand. Mit virtueller Realität sieht das anders aus. 3DVIA VIRTOOLS: AUF ANHIEB EINSETZBAR Ausgestattet mit Fördermitteln erwarb das Team von Dr. Bouchard 3DVIA Virtools, um 3D-Objekte zum Leben zu erwecken und diese in Echtzeit zu steuern. „3DVIA Virtools war die beste Wahl“, so Dr. Bouchard, „weil die Lösung schnell und einfach zu erlernen ist, die zügige Entwicklung neuer Umgebungen unterstützt und den Einsatz unserer Umgebungen auf CAVEund HMD-Plattformen ermöglicht. Dass wir dies alles in der vertrauten und kostengünstigen 64- Bit-Windows-Umgebung von Microsoft umsetzen können, trägt zusätzlich zu unserer Produktivität bei.“ Der erste Schritt zur Erstellung von VR-Umgebungen ist die Entwicklung von Assets oder 3D-Objekten in einer speziellen DCC- (Digital Content Creation) oder CAD-Software. Sobald die Modelle für 3D Real Time optimiert sind, werden sie in 3DVIA Virtools eingelesen, um eine umfassende 3D-Echtzeitanwendung zu erzeugen. Die VR-Library von 3DVIA Virtools ermöglicht es zudem, Anwendungen in unterschiedlichen Arten von VR-Umgebungen problemlos zu veröffentlichen. Dank VRPN, einem quelloffenen Protokoll, unterstützt 3DVIA Virtools die Projektion oder Anzeige der Umgebungen mit praktisch jeder marktgängigen Hardware. Appartementansicht in 3D Forschungsteam im Cyberpsychologie- Labor „Die gesamte von uns benötigte Hardware ist bereits mit 3DVIA Virtools kompatibel. Wir können einfach ein Gerät kaufen und anschließen“, so Dr. Bouchard. Die VR-Library von 3DVIA Virtools verbindet die auf dem Master-PC laufende Anwendung mit einem Cluster aus sechs Computern, die Bilder in die VR-Umgebung der CAVE projizieren, und sorgt für perfekte Übergänge an den Nahtstellen der jeweiligen Flächen. Sobald die Raumgeometrie in das System eingegeben worden ist, unternimmt 3DVIA Virtools alle notwendigen Anpassungen. Anhand von perspektivischen Matrizen verändert 3DVIA Virtools den Blickwinkel oder passt die Bildabmessungen zur einwandfreien Darstellung der auf die Fläche des Raumes verteilten Bilder an, was monatelange Entwicklungszeit einspart. „Hätten wir alles von Grund auf neu entwerfen müssen, wären wir viele Jahre damit beschäftigt gewesen, den Level zu erreichen, den uns 3DVIA Virtools auf Anhieb ermöglicht hat“, so Christian Villemaire, Programmierer und Teamleiter des Computerbereichs der Forschungsgruppe von Dr. Bouchard. ANPASSUNG MIT MICROSOFT Laut Villemaire gab die Benutzerfreundlichkeit den Ausschlag für die Entscheidung zugunsten von 3DVIA Virtools. „3DVIA Virtools ist flexibel und ermöglicht die Verwendung von Bausteinen, um Funktionen zu ergänzen und zu verändern“, erläutert Villemaire. „Mit Microsoft Visual Studio. Net können wir zudem den Code der vorhandenen Bausteine in 3DVIA Virtools ändern.“ Visual Studio. NET ermöglicht die Modifikation der Quellcode- Standardblöcke in 3DVIA Virtools, um angepasste Objekte schnell und einfach anzulegen. Das Labor betreibt 3DVIA Virtools unter dem gängigen Betriebssystem Microsoft XP Professional. Die neuen Entwicklungs-Workstations « feature Hätten wir alles von Grund auf neu entwerfen müssen, wären wir viele Jahre damit beschäftigt gewesen, den Level zu erreichen, den uns 3DVIA Virtools auf Anhieb ermöglicht hat. des Teams arbeiten mit Windows Vista in der 64-Bit-Version und unterstützen damit einen wesentlich größeren Arbeitsspeicher, der erforderlich ist, um noch leistungsfähigere Szenarien zu erstellen, mehrere Anwendungen gleichzeitig zu starten und große VR-Umgebungen zu betreiben. GESCHWINDIGKEIT UND ZUVERLÄSSIGKEIT „Da wir mit Forschungsgeldern finanziert werden, stünden wir heute ohne Mittel dar, wenn wir allein drei Jahre zur Entwicklung des Backbones und der Programme für die virtuelle Umgebung gebraucht hätten“, so Dr. Bouchard. „Schnelligkeit ist ein Muss, und der Nachweis von Fortschritten in unserer Forschung ist wichtig, um uns die Mittel aus der nächsten Finanzierungsrunde zu sichern. In 3DVIA Virtools lässt sich alles auf Anhieb testen. Was in 3DVIA Virtools läuft, läuft auch in der VR-Umgebung.“ Laut Bouchard ist 3DVIA Virtools für eine Forschungsumgebung die optimale Lösung. „Wir betreiben weltweit die neunte CAVE-Umgebung, allerdings die einzige für die Behandlung psychischer Leiden. Ohne 3DVIA Virtools wäre diese Spezialisierung nicht möglich gewesen“, betont er •) Weitere Informationen: w3.uqo.ca/cyberpsy Contact mag |n°12 11
GN ReSound nutzt SIMULIA zur Optimierung der Produktleistung Je nachdem, wie man „Hörverlust“ definiert, sind weltweit zwischen 1,5 und 5 Prozent der Bevölkerung davon betroffen. Ein völliger Hörverlust ist allerdings selten. Tritt Schwerhörigkeit aber innerhalb des normalen Frequenzbands des menschlichen Sprach - verständnisses auf, kann sie in jedem Alter zu einer erheblichen Beeinträchtigung führen. In den meisten Fällen von Schwerhörigkeit ist mit sogenannten Hinter-dem-Ohr-Geräten (HdO) ein verbessertes Hören erzielbar. Die Konstruktion von Hightech-Hörgeräten, die leicht, komfortabel und unauffällig sind, ist für die Entwickler von HdO-Hörgeräten allerdings keine leichte Aufgabe. DIE HÖRGERÄTESPEZIALISTEN Die GN ReSound Gruppe ist einer der weltweit größten Hersteller von Hörgeräten und audio - logischen Diagnosegeräten. Designanalyse und Erprobung der Geräte finden im hochmodernen Akustiklabor am Hauptsitz des Unternehmens in Kopenhagen, Dänemark, statt. Noch vor wenigen Jahren war man darauf angewiesen, Hörgeräte-Prototypen im Labor physisch zu testen. Änderungen an Konstruktion und Aufbau wurden dann anhand der Testergebnisse vorgenommen. Seit GN ReSound die Abaqus 12 Contact mag | Dassault Systèmes Mit Abaqus FEM von SIMULIA kann GN ReSound das realistische Verhalten von Hörgeräten simulieren, die Leistung der Geräte verbessern und die Entwicklungszeit verkürzen. FEM Software von SIMULIA für den Test einsetzt, konnte die Zahl der erforderlichen Prototypen verringert und die Entwicklungszeit deutlich verkürzt werden. FINITE-ELEMENTE-ANALYSIS FÜR HOCHGENAUE ERGEBNISSE „Vor Einführung der Simulation mussten wir uns bei der Konstruktion und Erprobung aller unserer Hörgeräte mehr oder weniger am Prinzip von Versuch und Irrtum orientieren“, so Morten Birkmose Sondergaard, Senior Acoustic Engineer bei GN ReSound. „Mit Abaqus können wir das Verhalten eines Hörgeräts bereits im frühen Entwicklungsstadium genau beurteilen und gezielt ändern, was der Stabilität und Leistung der Geräte zugute kommt.“ HÖRGERÄTEMODELLIERUNG Die Abaqus Software ermöglicht den Ingenieuren von GN ReSound, Modelle aller wichtigen Komponenten eines Hörgeräts am Computer zu erstellen. Diese Modelle werden dann virtuellen Schwingungs- und Druckbelastungen unterzogen, die die Bedingungen in der realen Welt nachbilden. Darauf folgt die Leistungsprüfung und die Auswertung der Ergebnisse anhand von Labortests mit vorhandenen Geräten. Analyse der Gehäusespannung und Schlauchbiegung mit SIMULIA Abaqus FEM In Abaqus können kritische Verbindungen, wie zwischen dem Gehäuse und dem Schlauch, der über der Schalleintrittsöffnung verläuft, einer gezielten Simulation unterzogen werden. Die Funktion „shrink-fit“ dient in Abaqus dazu, die wichtige Vorspannung in dem Teil des Schlauchs zu modellieren, der sich über die darunterliegende Schalleingangsöffnung erstreckt. In einer FEM- Modalanalyse werden zudem akustische Resonanzfrequenzen untersucht. Dies umfasst die Untersuchung natürlicher Schwingungen und spezifischer Schwingungsmuster der Struktur gleichermaßen. Mit den multiphysischen Eigenschaften von Abaqus sind die Ingenieure in der Lage, die schallleitende Luft sowie die Interaktion zwischen Luft und Gerät zu analysieren. VIRTUELLE TESTS ZUR VALIDIERUNG DER REALEN ERGEBNISSE Es besteht eine enge Übereinstimmung zwischen den virtuellen Testdaten und den Ergebnissen aus den realen Tests. Werkstoffe und Komponenten lassen sich daher mühelos abstimmen, um ein Gerät herzustellen, das eine bestmögliche Wiedergabe ohne Rückkopplung erzeugt. „Wir sind heute in der Lage, die Ursache von Instabilität besser zu verstehen und können diese bereits in der frühen Entwicklungsstufe beseitigen“, so Sondergaard. „SIMULIA ermöglicht es uns, die Konstruktionen sämtlicher Produkte gezielt zu optimieren“ •) Weitere Informationen: www.gnresound.de Von Dora Lainé] Von Nicolas Froloff] Life Science stellt PLM vor neue Herausforderungen. Dassault Systèmes verfolgt verschiedene Initiativen, um Antworten auf die wachsende Komplexität der biologischen und medizinischen Forschung und Entwicklung geben zu können. Die Ausgaben für Forschung und Ent wicklung im Gesundheitswesen übertreffen die Summe derjenigen in der Automobil- und Luftfahrttechnik. Die Komplexität der Arzneimittelentwicklung, der wissenschaftlichen Forschung und der Patientenpflege in Verbindung mit den in der Pharmazie üblichen Insellösungen hat Dassault Systèmes (DS) veranlasst, über die Vorteile von PLM für diese Branche nachzudenken. Zwar stellt PLM im Bereich der Life Sciences noch längst keine Norm dar, aber der Markt ist vielversprechend. Die Pharmabranche steht vor vielen und vielseitigen Anforderungen und Herausforderungen. Durch Kontakte mit mehreren Pharmaunternehmen hat DS erkannt, dass hier signifikante Synergien durch Zusammenarbeit mit wichtigen Partnern erzielt werden können. Zu den zahlreichen Initiativen zählt auch BioIntelligence, ein innovatives und ehrgeiziges, langfristig angelegtes Forschungs- und Entwicklungsprojekt mit dem Ziel, ein Konsortium aus Industrieunternehmen, Softwarefirmen sowie akademischen und staatlichen Forschungseinrichtungen unter Führung von DS zusammen - zubringen. Es geht um die Erstellung einer „BioPLM“-Plattform, die der Entdeckung und Entwicklung neuer und verbesserter biologischer Produkte im Life-Sciences-Sektor gewidmet ist, insbesondere in der Pharma-, und Kosmetik - industrie. Das Projekt wird von der EU positiv beurteilt. So erklärte EU-Wettbewerbskommissarin Neelie Kroes: „Die Werkzeuge zur systematischen Modellierung und Simulation in diesem aus - gesprochen innovativen Programm werden die Aufbruch in das Zeitalter der „BioIntelligence“ Effizienz der biologischen Forschung wesentlich verbessern. BioIntelligence und die damit ent wickelte BioPLM-Plattform stehen im Einklang mit wesentlichen Zielen der europäischen Forschung.“ Die Life-Sciences-Branche ist einer grundlegenden Umwälzung unterworfen. Die Branche steht an einem Wendepunkt; gefragt sind Lösungen zur Umstellung der bisherigen Prozesse und zur Deckung der wachsenden Nachfrage nach neuen Arzneimitteln und Behandlungsverfahren. Zwei Fragen an Patrick Johnson, Forschungsleiter bei Dassault Systèmes: feature Der Druck auf die Arzneimittelforschung und die potenziellen Folgen der Entwicklung einer PLM- Plattform, die neue Formen der vernetzten Zusammenarbeit zwischen den Forschungs - einrichtungen unterstützt, ist gewaltig. Die Anwendung neuartiger PLM-Verfahren wird es Life-Sciences-Unternehmen ermöglichen, ihre Forschung zu optimieren, die Effizienz ihrer Lieferantenketten zu verbessern und die immer strengeren aufsichtsrechtlichen Vorgaben zu erfüllen. Und das ist erst der Anfang! •) Dassault Systèmes hat maßgeblich daran mitgewirkt, die Prozesse in der Fertigungsindustrie auf PLM umzustellen. Was wird PLM zu den Life Sciences beitragen können? Patrick Johnson: Wir sind überzeugt von dem Potenzial, das PLM für die Life-Sciences-Branche unter den Aspekten Zusammenarbeit, Modellierung und Simulation hat. Die V6-Plattform von Dassault Systèmes hat das Zeug, wegen ihres innovativen, interdisziplinären Ansatzes die Grundlage für BioPLM zu werden und allen Akteuren ganz neue Möglichkeiten aufzuzeigen. Angesichts der Informationsinseln, die wir beispielsweise in Agrochemie und Pharmazie vorfinden, bietet V6 einen Rahmen für das Management firmeninternen Wissens und wissenschaftlichen Know-hows sowie für die Förderung der Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Forschungseinrichtungen. Unternehmen sind damit in der Lage, hochkomplexe Daten zu managen und ihre Logistik an der Produktentwicklungspipeline auszurichten. C.M.: Wie wird sich PLM angesichts der Anforderungen in diesem Bereich entwickeln müssen? P.J.: Gestützt auf die Fähigkeit der digitalen Techniken, neue, innovative Produkte zu erschaffen, hat PLM dazu beigetragen, die Fertigungsbranche zu revolutionieren. In der Pharma- oder Kosmetikbranche stehen wir vor neuen Herausforderungen. In den Life Sciences geht es darum, die Komplexität der Natur zu erfassen. Daher werden wir PLM als Lösung weiterentwickeln müssen, die diese neuen wissenschaftlichen Daten in Vielfalt, Umfang und Größe zu umfassen und den Entwicklungsprozess unserer Kunden durch Simulation, Analyse und vernetzter Zusammenarbeit zu unterstützen vermag. Für PLM 2.0 setzen wir uns daher einen neuen Horizont, der über das Produkt hinausgeht und die Natur und das Leben insgesamt umfasst. Dies wird unsere Leidenschaft für Innovationen in diesem neuen Bereich beflügeln. Contact mag |n°12 13
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Seite 5: Von Jean Colombel] Die Entwicklung
Seite 9 und 10: Signifikante Steigerung der Qualit
Seite 11 und 12: Viewpoint D.A.CH. Die Besten der Be
Seite 13 und 14: Von Marc Voland] Aus einem Guss mit
Seite 15 und 16: 28 Contact mag | Dassault Systèmes
Seite 17 und 18: produkt Um die interdisziplinäre Z

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